不均匀沉降作用下连拱隧道衬砌裂缝仿真分析

本文分析了连拱隧道不均匀沉降产生的原因,介绍了隧道衬砌裂缝仿真模拟基本原理,并针对隧道衬砌处于不均匀沉降情况下衬砌裂缝的形成和发展进行了数值仿真分析,可为连拱隧道设计、施工及维修管理提供有力依据。     

连拱隧道衬砌裂缝现场调查与数值模拟分析

裂缝对于隧道的安全运营有着十分不利的影响。该文对云南地区多座连拱隧道的衬砌裂缝病害进行了现场调查与统计分析,得到衬砌裂缝的主要类型和分布特征规律,并就产生裂缝的主要影响因素进行了总结。在此基础上应用Abaqus有限元分析软件,分别考虑偏压、局部空洞和不均匀沉降的作用,对连拱隧道衬砌结构进行了数值模拟,分析了裂缝的分布及发展规律,总结了裂缝产生的主要原因,即衬砌的施工质量问题在偏压、局部空洞和不均匀沉降等外界因素的诱导下,导致隧道衬砌的开裂。     

公路隧道衬砌裂缝产生原因和整治措施

通过对高速公路隧道衬砌裂缝产生原因和整治措施的研究,重点分析了温度应力,偏压,纵向沉降差如何引起隧道衬砌裂缝的产生。简要介绍了导致隧道衬砌裂缝产生的施工因素,以及对今后隧道衬砌裂缝研究的展望。     

偏压荷载作用下连拱隧道衬砌裂缝仿真分析

本文分析连拱隧道偏压荷载产生的原因,介绍衬砌裂缝仿真模拟基本方法,并对隧道衬砌结构处于偏压荷载情况下衬砌裂缝的形成和发展进行了数值仿真分析。     

偏压荷载作用下连拱隧道衬砌裂缝仿真分析

通过介绍连拱隧道衬砌裂缝仿真模拟基本原理,分析连拱隧道偏压荷载产生的原因,并针对隧道衬砌处于偏压荷载情况下裂缝的形成和发展进行了数值仿真分析,可为连拱隧道设计、施工及维修管理提供参考。     

深埋穿越破碎带隧道衬砌变形规律研究

为解决隧道穿越破碎带、断层等不良地质体时导致的隧道结构变形过大，甚至引起垮塌等事故的难题，通过对西南某深埋穿越破碎带隧道衬砌现场监测数据的分析，结合数值模拟试验，研究了该隧道衬砌拱顶下沉、周边收敛变形规律，并对二者进行了对比。结果表明： 该隧道工程Ⅳ级至Ⅴ级围岩过渡区发生不均匀沉降，Ⅴ级围岩相对Ⅳ级围岩沉降值大15 mm左右；隧道拱顶沉降量是周边收敛位移的1.25~1.75倍，即拱顶对不均匀沉降的敏感度大于周边，属于隧道结构薄弱部位。基于自主研发的双向滑移式物理模型箱，研究了不均匀沉降条件下衬砌结构变形特征，衬砌轴向变形过程大致可分为5个阶段： 弹性应变、土体压密—姿态调整、塑性应变、土体再压密—姿态再调整、断裂破坏，且拱顶轴向变形为拱腰轴向变形的1.75~2.45倍，说明拱顶沉降对围岩完整性的敏感度大于周边收敛，应重点做好拱顶的监测与防护。     

公路隧道洞口段衬砌裂缝的性状特征及成因

以豫西某高速公路隧道群洞口段衬砌结构裂缝为实例,针对不同结构形式的裂缝性状特征,从地质条件、设计理念、施工方法、养护制度等不同方面对裂缝成因进行系统研究。结果表明,隧道洞口段裂缝数量、长度均远高于洞身段;洞口段裂缝主要成因是地质条件不良、基础沉降不均匀、衬砌施作时间不当、衬砌厚度不足或背后脱空、防排水不当等;并提出了"针对病因、辨证施治,防治结合、综合处理,早期发现、及时维护"的治理原则。     

软基地段明洞不均匀沉降后的回填安全性及加固措施研究

为分析厦门翔安海底隧道软基地段明洞不均匀沉降后的回填安全性和加固措施,采用荷载-结构模型进行研究。综合研究结论如下:1)填土后明洞差异沉降预测值为80 mm,最小安全系数为2.11,虽然结构安全系数满足要求,但不均匀沉降将导致裂缝、错台及渗水,严重影响隧道使用功能和耐久性;2)提出采用大孔径树根桩加固明洞衬砌两侧拱脚,TSS钢花管注浆加固仰拱中央,灌浆封闭裂缝,分层对称填土的综合处理方案;3)经现场监测验证,预测沉降规律与实测吻合较好,加固措施成效良好,变形得到治理。     

地铁盾构法隧道正交下穿施工对既有隧道影响分析

为了探讨新建隧道的施工对既有隧道产生的影响,以西安地铁某区间盾构隧道为背景,采用三维有限元数值计算方法,分析了新建盾构隧道正交下穿施工对地表及既有隧道结构的影响,得到了既有隧道管片位移、内力以及既有隧道上方地表沉降的变化规律。计算分析结果表明:正交下穿盾构隧道施工时,上方既有隧道与地表将会发生较大的不均匀沉降,同时既有隧道衬砌结构发生不均匀侧移和扭转,正交位置附近既有隧道结构下侧出现不同程度的拉应力,需要对正交区域内的地层进行加固。     

下穿既有地铁线的城市地下高速公路沉降控制技术研究

城市地下高速公路隧道下穿既有地铁线过程中,往往导致地铁线和地表发生较大沉降,为研究其沉降规律及控制技术,以智利圣地亚哥城市地下高速公路隧道下穿既有地铁线工程为背景,运用FLAC3D软件,对以侧壁导坑法施工,采用超前支护、无系统锚杆的初期支护、二次衬砌及临时加固相结合支护的施工过程进行仿真模拟,并对既有地铁线及地表的沉降进行分析。结果表明：地表最大沉降为35.9 mm,既有地铁线最大沉降为33.4 mm,横向轨道面最大不均匀沉降率为0.623‰,纵向最大不均匀沉降率为0.27‰,不均匀沉降率小于规定的沉降阈值（1‰）,地铁线及地表的沉降量均控制在规范和地铁运营部门要求的范围内,可确保下穿施工期间既有地铁线的结构安全。     

小净距空间交叉隧道台阶法施工安全性研究

为分析小净距交叉隧道台阶法施工过程中新建隧道和既有隧道的衬砌安全性,基于断裂力学的Griffith准则,提出了判定衬砌开裂的开裂安全系数CF,并假定CF>1时衬砌开裂,CF<1时衬砌安全;依托实际工程,结合开裂安全系数和规范中的衬砌截面安全系数,采用有限元软件ANSYS分析交叉隧道的衬砌安全性。分析发现： 施工过程中,交叉断面新建隧道衬砌环向安全系数小于纵向安全系数,但基本满足规范要求;既有隧道二次衬砌开裂安全系数CF远小于1,其开裂安全系数CF云图关于新建隧道轴线对称。分析结果对新建隧道的施工和既有隧道衬砌的防护具有重要意义。     

基于有限元对某复工隧道初衬的安全性分析

依托某停工达6年的高速公路隧道工程,基于复工初衬病害检测,运用ANSYS有限元软件建立适于该隧道初衬病害及缺陷的模型,分别从初衬背后存在空洞、钢拱架锈蚀、喷射混凝土的厚度不足及开裂等缺陷病害对隧道V级围岩段初衬结构的安全影响进行了模拟分析。结果表明:隧道初衬结构中,病害缺陷处存在应力集中情况,初衬结构最大主应力随着各种病害的发展逐渐增大;初衬结构拱顶沉降变形随着钢拱架锈蚀、喷射混凝土的开裂及厚度不足病害缺陷的发展逐渐增加;隧道初衬结构的不同程度病害缺陷对其安全系数的影响呈非线性。应对病害加以治理,确保隧道     

渗漏水对软土地区地铁隧道纵向沉降影响的试验研究

上海软土地区所建的地铁,在运营期间突出的问题是衬砌渗漏水和隧道纵向沉降。渗漏水使纵向沉降增大,纵向沉降的增大又会加剧渗漏,恶性循环,严重影响地铁的运营安全。为此,采用离心模型试验来研究在衬砌发生渗漏水的条件下,隧道纵向长期沉降的发展规律和隧道的力学特性。研究结果表明:隧道渗漏水会加剧纵向沉降和弯矩,增大隧道断面的应力。     

浅埋暗挖大跨黄土隧道下穿地下行包通道沉降分析及对策

机场地下行包通道沉降控制要求高,且不能中断运行,新建浅埋暗挖大跨黄土隧道下穿施工风险高,施工不当会引起地下行包通道沉降、变形,甚至引起混凝土结构开裂。为找出下穿隧道施工过程中引起通道底沉降的关键步序,更好地控制沉降,采用三维数值模拟方法对新建隧道下穿机场地下行包通道进行了沉降分析,并通过在隧道开挖过程中洞内采用分步开挖、大直径管棚超前预支护、初期支护和二次衬砌背后回填压浆等沉降控制措施,将通道底板沉降控制在3 mm左右,并在施工过程中加强监测,能够保证既有地下行包通道的结构安全。     

黏性场地列车荷载影响下衬砌半渗透边界盾构隧道诱发地表固结沉降解

列车荷载作用下衬砌长期渗漏会显著影响软土盾构隧道周围土体的固结沉降，对邻近环境和地铁的安全运营造成不良影响。针对盾构隧道周围土体固结沉降的既有理论研究一般多考虑衬砌不透水条件，较少考虑衬砌渗漏水及列车荷载耦合作用对于地层固结沉降的影响。引入隧道衬砌半渗透边界和列车三角形循环时效荷载，基于Terzaghi-Rendulic固结理论，采用Boltzmann三元件模型模拟土体流变效应，推导了列车荷载作用下黏弹性地层盾构隧道渗漏水诱发的土体超孔隙水压力消散和地表固结沉降的复变函数解析表达式，并与6个工程实测数据进行对比，验证了所给出解析解的正确性与适用性。此外，通过参数分析讨论了衬砌-土体渗透比和列车荷载参数对土体固结沉降的影响。结果表明：衬砌-土体渗透比是影响盾构扰动地层固结快慢的主要影响因素，衬砌-土体渗透比越大，固结完成时间越早；列车荷载作用下，早期固结沉降速率相较于不考虑列车荷载时会有较明显的增加，但在列车荷载当量增加后，固结沉降速率的增长有所放缓，且其增量与衬砌-土体渗透比密切相关，衬砌-土体渗透比越大，沉降增加量则越大；隧道衬砌可以视为扰动地层的排水边界，其加速了土体固结沉降，而列车荷载与衬砌半渗透性耦合，进一步改变了土体固结沉降形态。     

重载列车对隧道裂损衬砌承载性能的影响研究

为定量分析重载列车动载作用下隧道裂损衬砌裂缝的演化机制和承载性能的变化规律，采用扩展有限元与直接循环法相结合的方法模拟裂缝在列车荷载作用下的扩展路径，并通过模型试验对方法的有效性和准确性进行验证。模型试验与数值模拟的误差仅为3.7%，表明该数值模拟方法较为精确。研究发现： 1）在重载列车动载作用下，裂损衬砌仰拱处的动力响应相较于衬砌其他位置会更为剧烈，裂损衬砌仰拱处的安全系数与衬砌其他位置相比则更小，因此裂损衬砌仰拱位置为重载列车动载下的危险部位； 2）重载列车轴重对裂损隧道衬砌的动力响应影响比初始裂缝深度及车速对裂损隧道衬砌的动力响应影响更为明显，而裂损衬砌的安全性能受初始裂缝深度影响比受轴重及车速影响更为显著。     

连拱隧道衬砌厚度不足对结构安全性的影响研究

为解决因衬砌厚度不足而诱发的连拱隧道结构裂损及安全问题，针对整体式曲中墙连拱隧道，通过相似模型试验，重点研究衬砌厚度不足条件下连拱隧道围岩压力特征、衬砌内力分布以及裂损演化规律。研究结果表明： 1)连拱隧道中墙墙角部位的弯矩最大，中墙墙角外表面产生裂缝,内表面结构压溃，裂损程度最为严重，为最不利位置。 2)衬砌厚度不足部位的边缘是衬砌薄弱截面，左线左拱肩存在衬砌厚度不足时，厚度不足位置右边缘的衬砌内侧开裂；左线左边墙存在衬砌厚度不足时，厚度不足位置上边缘的衬砌外侧开裂。 3)连拱隧道中墙顶部与拱腰接触部位出现较大的拉应力，衬砌厚度不足位置的改变对中墙顶部衬砌受力造成一定的影响，厚度不足位置对侧隧道中墙右上角部位的裂缝出现晚于拱顶裂缝，是连拱隧道结构破坏的重点区域。     

路基不均匀沉降对沥青路面受力变形影响的有限元分析

为了研究路基不均匀沉降对沥青路面受力变形的影响,对半填半挖路基进行弹塑性动力有限元分析,计算出在汽车荷载作用下由于路基土在力学和物理性质上的差异而产生的差异沉降。研究了两种工况(汽车荷栽作用产生的差异沉降及汽车荷载和土体固结共同作用产生的差异沉降)对沥青路面受力变形特性的影响,进而得出一种计算沥青路面破坏时临界差异沉降的方法,为实际工程设计、施工提供了理论依据。